1、天然气长输管道投产工艺参数计算问题摘 要：天然气长输管道投产过程中，由于管道是新建，其施工过程中残留的杂质、管道内壁锈蚀等，均会导致管线的输气效率偏低。目前天然气管道设计及运行相关标准规范中没有提供相关投产参数计算的依据，其提供的管道运行参数计算公式及方法均有其适用范围。为更科学、准确的计算出投产时的控制参数，通过对具体投产实例参数进行分析处理，得出修正后的管输效率范围。建议天然气长输管道投产置换参数计算时综合考虑管线管径、施工质量、管线长度等因素。 关键词：长输管道 天然气 管输效率 参数计算 一、前言 随着近年来国家环保、节能战略的提出以及我国能源结构的转型，各省市都在大规模修建天然气长输
2、管道。我国指导天然气长输管道投产的标准目前主要为输气管道工程设计规范 （GB50251-2003）和天然气管道运行规范 （SY/T5922-2012） ，但通过以上两个标准规范中相关公式进行长输管道投产过程中的流速（流量）计算与实际投产过程中测量值存在较大差异，因此，我们有必要对以上标准规范中相关公式的实用性及准确性进行探讨。 二、引用公式及推导 由稳定流动气体的运动方程可推导出1： （1） 式中，p 为压强，Pa； 为气体密度，kg/m3； 为水利摩阻系数；x 为管道的轴向长度，m；d 为管道内径，m； 为管内气体流速，m/s；g 为重力加速度，m/s2；h 为高程，m。 由于长输管道投产置
3、换时，压力一般都很低（不超过 0.5MPa） ，克服高差而消耗的压力降在式（1）中所占的比重很小，可以认为是水平输气管系，即 dh=0，同时由气体状态方程和连续性方程进行计算推导，于是式（1）变为： （2） 式中，qv 为气体（P0=0.101325MPa，T=293K）的流量，m3/d；PQ、PZ 分别为计算管段起终点压力（绝） ，MPa，d 为输气管道内径，cm； 为水利摩阻系数；Z 为气体的压缩因子；为气体的相对密度；T 为输气管道内气体的平均温度，K；L 为输气管道计算段长度，km；C 为常数，随各参数所用的单位而定，当相关参数采用前述单位时，C=1051。2 式（2）中除 外，其他参
4、数的获取都相对较容易，但有关 的计算在国内外主要方法有柯列勃洛克（FColebrook）公式、阿里特苏里（A.A）公式、潘汉德尔（Panhandle）A 公式、潘汉德尔（Panhandle）B 公式、威莫斯（Weymouth）公式、前苏联经验公式等，这些公式都有一定的适用条件。在我国，根据目前国内的冶金、制管、施工及生产管理等情况，其 计算主要采用柯列勃洛克（FColebrook）公式，即 （3） 式中： 为水利摩阻系数；K 为钢管内壁等效绝对粗糙度，m；d 为管内径，m，Re 为雷诺数。 对于新建准备投产管线，由于管材从出厂到施工现场以及施工过程中，其管材内壁难免出现锈蚀，虽在投产前一般要经
5、过吹扫、干燥，但其管内壁实际等效绝对粗糙度与出厂时厂家提供的粗造度一般相差很大，因此，采用式（2）计算存在一定难度。为了避免 的直接影响，在输气管道工程设计规范 （GB50251）中手工计算式引入输气管线的效率系数 E，即： E=QS/QL=（S/L）0.5 （4） 且结合我国实际，将潘汉德尔（Panhandle）B 式整理得到水平管路流量计算式： （5） E 值大小主要与管道运行年限、管内清洁程度、管径大小、管壁粗糙情况等因素有关；设计时，在美国一般取 E=0.90.96；在我国，DN300DN800 时，E=0.80.9， ；DN800 时，E=0.910.94。 三、工程投产中实际数据及
6、分析 1.线路情况 广东省某管网 2013 年 5 月进行了广州-肇庆干线鳌头-大旺段的投产，其线路情况主要如下： 表 1 广州-肇庆干线鳌头-大旺段线路情况统计表 2.投产方案相关技术参数 广州-肇庆干线鳌头-大旺段施工完毕后，先后经过吹扫、干燥和氮气置换，最终全线进行了氮气封存，封存压力 0.02MPa，水露点检测均低于-20。 依据天然气管道运行规范 （SY/T5922-2012）要求，投产过程中天然气置换氮气流速不宜大于 5m/s，在实际作业中，天然气置换氮气的流速要求不小于 2.07m/s3，在本次投产中选取的置换流速为 4m/s。将式（5）进行推导变形，按照放空点设置在大旺分输站，
7、放空时干线末端背压为 0.03MPa、0.04MPa、0.05MPa 计算出沿线各阀室及站场的监控压力如下： 表 2 广州-肇庆干线鳌头-大旺段各阀室及站场压力参数推算表 表压：MPa 3.投产过程中实际参数及分析 投产过程中，为了获取比较准确、有价值的参数，从而忽略了置换初期流速调节不稳定时期的压力参数，其各监控点压力实际参数如下： 表 3 广州-肇庆干线鳌头-大旺段各阀室及站场监控压力实测值 表压 MPa 由于置换前各监控点的压力变送器和机械压力表均存在偏差，为了能较直观看出沿线各监测点压差，将各监控数据与置换前压力相比，取其差值，然后加上置换前放空点（大旺分输站）监测压力作为各监测点实测
8、计算压力，从而有效降低其误差影响。结合表 1 数据，利用式（5）分别计算起点（鳌头首站）至各阀室（站场）之间管道的管输效率得数据到如下表： 表 4 中不难看出 14：41 和 16：28 两个时间点部分计算的管输效率偏差较大，其主要原因是置换的控制压力较低（表压达到 0.01MPa 级别） ，由于瞬间压力波动导致读取压力不准所致，但不影响管输效率的整体变化趋势，即管线距离越长，其管输效率越低，当管线长度超过 100km 时，其管输效率 E0.76，远低于输气管道工程设计规范 （GB50251）和天然气管道运行规范 （SY/T5922）中的建议值-当 DN800mm 时，管输效率 E=0.910
9、.94，甚至低于 DN 为 300800mm 时的 E=0.80.9。 表 4 广州-肇庆干线鳌头-大旺段管线管输效率计算表 四、结论 在天然气管线置换投产过程中，置换流速越快、前后压差越小，其混气段越短4。在本次投产过程中，控制置换流速在 4.25m/s 左右，取得了较好的置换效果，从检测到混气头至天然气浓度达到 95%，其用时仅4 分钟，即混气段 1km 左右。依据文中第 3 部分的数据分析，其管输效率E=0.700.76 之间，究其原因，主要是由于长输管道在施工过程中，管线内壁难免出现锈蚀，表面粗糙度增加，同时管线投产前吹扫、干燥也不能将管道施工过程中产生的杂质清除干净，从而导致管线的管
10、输效率偏低；同时，式（5）是由潘汉德尔（Panhandle）B 式得到，而潘汉德尔B 式仅适用于大口径（DN600） 5、大流量、管内壁粗糙度低、气质好的干线输气管道，因此，利用式（5）进行投产期间的数据计算需对其管输效率进行修正。通过文中分析，建议天然气长输管道投产置换参数计算时综合考虑管线管径、施工质量、管线长度等因素。 参考文献 1李玉星，姚光镇.输气管道设计与管理M.第二版.东营：中国石油大学出版社，2009.101102. 2GB50251-2003，输气管道工程设计规范S. 3唐善华，张帆.靖边-上海输气管道的投产置换J.油气储运，2005，24（5）：54-57. 作者简介：黄崇舜（1984-） ，男（汉族） ，湖北红安人，工程师，学士，2005 年毕业于辽宁石油化工大学油气储运工程专业，现任中原油田分公司油气储运管理处广东天然气管网投产保运工程项目部工艺工程师。
